三台阶七步开挖法在大断面隧道施工中的应用.pdf

7 8 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 1 0 年第 3 7 卷第 9 期 三台阶七步开挖法在大断面隧道施工中的应用 李海波 ( 中铁十六局集 团路桥工程有限公 司， 北京 密云 1 0 1 5 0 0 ) 摘要： 三台阶七步开挖法作为三台阶法的延伸， 正越来越多地应用到大断面隧道施工中。以兰渝铁路香木湾隧 道工程为例 ， 对 三台阶七步开挖法 的特点 、 施工组织 、 工艺流程 、 施工要点等进行了详细的介绍。 关键词： 三台阶七步开挖法； 大断面隧道 ； 施工工艺 中图分类号 ： U 4 5 5 4 1 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 1 0 ) 0 9 0 0 7 8 0 3 A p p l i ca t io n o f T h r e e - b e n ch S e v e n - s t e p E x ca v a t io n Me t h o d i n L a r g e S e ct i o n T u n n e l C o n s t r u ct io n L H a i b o( C h i n a R a i l w a y 1 6 t h B u r e a u R o a d a n d B r id g e E n g in e e r i n g C o ， L t d ， Miy u n B e i j in g 1 0 1 5 0 0， C h in a ) Ab s t r a ct ：Th r e e b e nch S e v e n s t e p e x ca v a t io n is t he d e v e l o p me n t o f t h r e e be n ch e x ca v a t io n，which is mo r e a nd mo r e印 pl ie d in l a r g e s e ct io n t u nn e l co n s t r u ct io nTa ke t h e e n g ine e ri n g ca s e o f Xia ng mu wa n t u nn e l o f L a nz h o u Ch o ng qin g r a il wa y， t h e e x ca v a t io n ch a r a ct e ri s t ic s ，co ns t r u ct io n o r g a n iz a t io n，t e ch n o l o g ica l p r o ce s s a n d co ns t r uct io n k e y p o int s we r e in t r o du ce d in d e t a il Ke y wor ds：t hr e e b e n ch S e v e n s t e p e x ca v a t io n；l a r g e s e ct io n t u n n e l ；co ns t ruct io n t e ch n o l o g y 1 三台阶七步开挖法的适用范围 三 台阶七步开挖法是 以弧形导坑预留核心土法 为基本模式 ， 分上、 中、 下 3个台阶开挖面， 各部位的 开挖与支护沿隧道纵向错开 ， 平行推进 的施工作业 方法。该方法适用于开挖断面为 1 0 01 8 0 m ， 具 有一定 自稳能力的 、 V级围岩， 应用地层主要有黄 土、 砂砾土、 碎石土以及强风化岩层等。 2 三台阶七步开挖法的施工优点 ( 1 ) 施工空间大， 方便机械化施工 ， 可以多作业 面平行作业 ， 机械化作业有利于机械化开挖 ， 提高功 效 。 ( 2 ) 对于不同跨度及断面均适用， 初期支护工 序化整为零 ， 便于快速施工。 ( 3 ) 当地质条件发生变化时 ， 可及时转换施工 工序 ， 调整施工方法 。 ( 4 ) 在台阶法开挖基础上， 预留核心土， 左右交 错开挖 ， 利于开挖面的稳定。 ( 5 ) 当围岩变形较大或突变时 ， 在保证安全 和 满足净空要求 的前提下 ， 可尽快调整闭合时间。 ( 6 ) 三 台阶七步开挖法 开挖取 消 了侧壁 导坑 法 、 中隔壁法及交叉 中隔壁法 等需要拆除临时支护 及受力转换造成不安全的因素 ， 可及时调整 闭合时 间 ， 利于施工工序转换。 3工程 实例 3 1 工程 概况 兰渝铁路香木湾隧道位于秦岭低 中山区， 全长 3 3 0 m。隧道所通过的地区为第 四系全新统坡积粘 质黄土 、 粗角砾土 、 碎石土。隧道进 口段分布在一滑 坡体上 ， 滑坡体厚度 5 9 m， 以角砾土为主 ， 属中层 堆积层滑坡。隧道围岩以级 围岩为主。香木湾隧 道为双线隧道 ， 开挖断面最大为 1 4 0 m ， 开挖轮廓 尺寸为 1 2 m1 4 2 m( 高 X宽) 。 3 2 施 工工 艺流 程 三台阶七步开挖法施工工艺流程为 ： 上台阶拱 部超前支护一上台阶分部开挖 、 初期支护一锁脚锚 杆 、 系统锚杆 、 复喷混凝 土一 中台阶左 、 右侧交错开 挖一混凝土初喷， 施作钢架 、 锁脚锚杆 施作系统锚 杆后复喷混凝土一滞后左右交错开挖下台阶两侧 混凝土初喷 ， 施作钢架一施作系统锚杆后复喷混凝 土一分台阶开挖核心部分及仰拱一 仰拱混凝土初 喷、 钢架、 复喷一灌筑仰拱混凝土及填充 墼 防 排水及模筑二次衬砌。 3 3 施工方法 3 3 1 开挖步骤( 见 图 1 ) 3 3 1 1 上部导坑开挖 开挖前先施作拱部超前支护 ， 超前支护采用外 径4 2 mm超前小导管 ， 小导管长4 0 m， 环向问距 5 O 收稿 日期 ： 2 0 1 00 2 2 2 作者简介 ： 李海波( 1 9 7 7一) ， 吉林舒兰人 ， 中铁 十六局集团路桥工程有限公 司工程师 、 兰渝铁路六分部总 工程师 ， 铁道工程专业 ， 从事 隧道工 程施工工作 ， 北京 市密云县新北路 2 9号 ， t 1 6 1 i h a i b o 1 6 3 e o m。 2 0 1 0年第 3 7卷第 9期 探矿工程 ( 岩土钻掘工程) 7 9 图 1 三 台 阶 七 步 开 挖 法 开 挖 不 惹 图 cm， 纵 向搭接长度 1 2 m。小导管注浆强度满足要 求后 ， 开挖上部弧形导坑 ， 开挖的范 围为拱部 1 3 5 。 ， 开挖高度为 4 3 m。开挖采用弱爆破辅以挖掘机配 合开挖 ， 预留核心土的长度为 4 5 m， 宽度 为隧道开 挖宽度的 1 2 ， 即 7 1 m。开挖循环进尺 2 0 m( 初 期支护钢架间距 为 1 0 m， 一次开挖 两榀钢架 ) ， 开 挖后立即初喷 5 e m t 昆 凝土 ， 及时封闭岩面。架设钢 拱架 ， 在拱脚处施做锁脚锚杆 ， 锁脚锚杆打设角度应 下倾 2 5 。 。将锁脚锚 杆与钢架焊 接牢固 ， 复喷混凝 土至设计厚度。上部导坑开挖进尺 5 m后 ， 开始开 挖 中台阶。 3 3 1 2 左 、 右侧中台阶开挖 中台阶开挖进尺 同上 台阶， 即 2 0 m。中台阶 开挖高度为 3 0 Il l ， 左 、 右侧 台阶开挖沿纵 向错开 3 m， 开挖后 立 即初 喷 5 cm 厚混 凝土 ， 及 时施作 喷 、 锚、 网系统支护 ， 接长钢架 ， 施做锁脚锚杆 ， 并复喷混 凝土至设计厚度 。中台阶开挖进尺 3 m后 ， 开始开 挖下台阶。 3 3 1 3 左 、 右侧下台阶开挖 下台 阶开挖 进尺 同 中、 上 台阶， 开挖 高度 2 8 m。左 、 右侧 台阶沿纵 向错 开 3 r n ， 开挖后立 即初喷 5( ： I l l 厚混凝土 ， 及时施作 喷、 锚 、 网系统支护 ， 接长 钢架( 钢架底部应深入仰拱填充 2 5 e m， 以改善受力 情况) ， 施作锁脚锚杆 ， 复喷混凝土至设计厚度。 3 3 1 4 上 、 中、 下台阶预留核心土开挖 各 台阶分别开挖预 留核心土 ， 开挖进尺 同各 台 阶的循环进尺。 3 3 1 5仰拱( 隧底 ) 开挖 仰拱开挖需滞后下台阶 1 5 2 0 r n ， 以利于下台 阶开挖 时满足机械作业 的要求。仰拱开挖进尺为 3 m， 开挖支护 2个循环后 ， 施作仰拱 。 3 3 2 仰拱施工 为保证 隧道施工平行作业 ， 仰拱采用移动栈桥 辅助施工 ， 栈桥采用 1 2 m， 由5根 I 3 0工字钢加工而 成 ， 栈桥宽 1 I T I ， 工字钢 间由 1 0 2 2 Il l I T l 钢筋焊接 ， 问 距 2 5 cm， 底部用 1 0槽钢焊接 ， 以保证栈桥的整体 性 。栈桥布置见图2 。 儿l I 削_ 1 I 图 2 仰拱 栈桥 示意图 仰拱开挖应距下台阶 1 5 m以上 ， 采用全幅分段 开挖 ， 每循环开挖长度为 3 1T I ， 开挖 2个循环浇筑一 次混凝土。 仰拱开挖完成后 ， 及时清除表面虚渣 、 杂物及积 水 ， 初喷 5 cm混凝土后施作初期支护。 仰拱浇筑长度为 6 m， 仰拱浇筑采用纵向分段 ， 全幅浇筑 ， 一次成型 ， 仰拱纵 向连接需设 置防水板 、 止水带等防水措施。 仰拱与填充需分开浇筑 ， 待仰拱混凝土终凝后 开始浇筑仰拱填充 ， 浇筑前清除仰拱表面的积水及 杂物 ， 填充应连续浇筑 ， 一次成型 ， 不 留纵 向施工缝 。 填充混凝土强度达 到 5 MP a后允许行人通行 ， 达到 设计强度 1 0 0 后允许车辆通行 。 3 4 施工要点 ( 1 ) 完善洞 内的临时防排水系统 ， 防止积水浸 泡拱脚造成承载力下降 ， 影响安全。当岩层渗水量 较大时 ， 可沿隧道左右两侧设置纵向排水沟 ， 将水引 排出洞外 。反坡施 时 ， 应设置集水坑将水集 中抽 排。 ( 2 ) 各部开挖时 ， 周边轮廓尽量保持圆顺 ， 减小 应力集中。对于超挖 的部位需用喷射混凝土回填密 实 ， 必要时可采用初期支护背后充填注浆 ， 保证初期 支护与围岩的密贴。 ( 3 ) 各部的底部高程与设计的钢架接头一致。 ( 4 ) 二次衬砌距仰拱应保持 2倍 以上衬砌循环 作业长度 ， 但不得大于 5 0 Il l 。 ( 5 ) 各作业工序应紧凑衔接 。减少围岩暴露时 间 ， 及早封 闭成环 ， 全断面初期支护闭合时问可控制 在 1 2 h 。 ( 6 ) 监控量测工作必须紧跟开挖 、 支护作业 ， 掌 握围岩变化情况 ， 并及时调整开挖及支护措施。 ( 7 ) 施工 中严格 控 制循环 时 问， 实行 定人 、 定 、 烤 一 8 0 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 1 0年第 3 7卷第 9期 孔、 定量作业 ， 分片负责， 对各工序时间进行严格考 核 ， 同时对工序质量进行严格控制。 3 5 劳力、 机具的组织 在劳力选择上 ， 优先选用经过培训 、 技术熟练的 工人 ， 特殊工种需持证上岗。施工机具配备污染低、 能耗小、 效率高的机具 。具体情况见表 1 。 表 1 I V级围岩开挖和初期支护机械 、 人员及循环时间一览表 注 ： ( 1 ) 开挖和初期支护每循环时问为 7 2 0 ra i n ， 每天 2个循环 ； ( 2 ) 每循环进尺 2 i n ； ( 3 ) 工程 数量为每延米 的工程 量 ， 表中所列工程数量不 包括核心土 的数量 ； ( 4 ) 表中带括号的人数为重复使用 的人数 。 泛